Análise Comparativa das Emissões de Biogás

Com base nas investigações de campo e nos resultados obtidos dos fluxos de metano e dióxido de carbono é apresentada uma análise comparativa das camadas de cobertura estudadas no aterro sanitário de Seropédica em relação à retenção do biogás.

A Tabela 23 apresenta um resumo dos resultados obtidos para as emissões de CH4 conjuntamente com a caracterização dos pontos em relação à existência de fissuras no momento dos ensaios de campo.

Tabela 23 – Resumo das emissões de CH4 e CO2 com a caracterização dos pontos em relação à existência de fissuras.

Ponto Data Fluxo de CH_(g/m².dia) 4 Fluxo de CO_(g/m².dia) 2 Placa Presença de Fissuras _{no ensaio}

C’1 07/08/2014 105,1 291,5 PP Sim (pequena) BC1 13/11/2014 349,5 961,3 PP Sim (média) C1 13/11/2014 8,2 29,0 PP Não ET1 13/11/2014 8,8 36,5 PP Não ET2 27/11/2014 49,8 111,3 PG Não C’2 27/11/2014 389,0 843,4 PG Sim (grande) BC2 16/12/2014 369,2 855,1 PG Sim (média) C2 16/12/2014 29,9 65,8 PG Sim (grande) ET3 16/12/2014 5,0 47,7 PG Não BC3 16/01/2015 86,0 278,3 PG Sim (pequena) C3 16/01/2015 14,0 69,5 PG Sim (grande) BC4 26/01/2015 7,2 37,4 PG Sim (pequena) C4 26/01/2015 7,5 32,4 PG Sim (pequena) C5 10/02/2015 9,3 30,1 PG Não ET5 10/02/2015 43,3 93,5 PG Não C’3 01/09/2015 64,6 115,6 PG Não BC5 01/09/2015 67,5 247,5 PG Sim (pequena) BC6 22/10/2015 51,0 167,5 PG Sim (pequena) C6 22/10/2015 14,7 125,0 PG Sim (pequena) BC7 03/02/2016 66,8 86,4 PG Sim (pequena) C’4 03/02/2016 106,7 326,3 PG Sim (pequena) ET6 03/02/2016 68,9 207,6 PG Não

Legenda: PP – placa pequena; PG – placa grande.

As Figuras 65 e 66 apresentam os resultados obtidos para as emissões de CH4 e CO2, medidas em g/m2_{.dia, para os três tipos de camadas de cobertura estudados respectivamente.}

Os resultados mostraram que entre as camadas convencionais, aquela constituída com solo “A” obteve menores emissões de CH4 e CO2 em comparação com a camada convencional que continha o solo “B”. Em relação às camadas alternativas, a evapotranspirativa obteve menores emissões de CH4 e CO2 quando comparada com a camada de barreira capilar.

Observa-se que a camada de barreira capilar apresentou emissões de CH4 com variação de 7,0 a 369,0 g/m2_{.dia. Excetuando-se os dois ensaios que apresentaram maiores} fluxos de CH4, a variação das emissões de CH4 neste tipo de camada é de até 86,0 g/m2.dia. A camada evapotranspirativa apresentou emissões de CH4 que variaram de 5,0 a 68,9 g/m2_.dia. Em relação às camadas convencionais, aquela constituída com o solo “A” apresentou

emissões de CH4 que variaram de 7,5 a 29,9 g/m2_{.dia e a constituída com o solo “B”} apresentou emissões de CH4 que variaram de 64,6 a 389,0 g/m2_.dia.

Figura 65 – Emissões de CH4 por tipo de camada de cobertura em (g/m2_.dia).

Observa-se que as emissões de CH4 nas camadas de cobertura convencional (C) e evapotranspirativa (ET) se concentraram na faixa de 5,0 a 70,0 g/m2_{.dia. Já nas camadas} convencional (C’) e barreira capilar (BC) houve maior dispersão nas emissões de CH4, apresentando valores na faixa de 7,0 a 390,0 g/m2_{.dia. Porém, a maioria dos resultados} obtidos nestas duas camadas se concentraram na faixa de 7,0 a 110,0 g/m2_{.dia, apresentando} valores que são 1,6 vezes superiores aos encontrados nas camadas C e ET.

Para o CO2 as variações foram na faixa de 30,0 a 210,0 g/m2_{.dia nas camadas} convencional (C) e evapotranspirativa (ET) e de 37,0 a 962,0 g/m2_{.dia nas camadas} convencional (C’) e barreira capilar (BC).

As emissões de biogás também foram comparadas separadamente em relação à existência de fissuras nos pontos em que foram realizados os ensaios de placa de fluxo.

Os resultados das emissões de biogás em pontos que continham fissuras nas camadas de cobertura são apresentados nas Figuras 67 e 68, para o metano e dióxido de carbono, respectivamente.

Observa-se que os fluxos de CH4 nos ensaios realizados em pontos com fissuras (7,2 a 369,2 g/m2_{.dia) apresentaram valores mais elevados do que os ensaios realizados em pontos} sem fissuras (5,0 a 68,9 g/m2_{.dia), conforme o esperado.}

Figura 68 – Fluxos de CO2 nos ensaios que continham fissuras em (g/m2_.dia).

O ensaio C’2 apresentou o maior fluxo de CH4, que foi de 389,0 g/m2.dia. Os ensaios BC1 e BC2 apresentaram valores para o fluxo de CH4 similares, sendo de 249,5 g/m2.dia e 369,2 g/m2_{.dia respectivamente. Entretanto, as fissuras dos ensaios BC1 e BC2 foram} caracterizadas como médio porte e a do ensaio C’2 como de grande porte.

Observa-se que, apesar das fissuras terem sido caracterizadas como grandes nos ensaios C2 e C3, os valores encontrados para o fluxo de CH4 foram insignificantes quando comparado com o ensaio C’2, que teve a mesma caracterização quanto ao tamanho da fissura. Conforme já mencionado, o grau de compactação da camada C foi de 92% enquanto da C’ 88% no dia da determinação de campo indicando uma condição melhor.

Dentre as investigações realizadas sobre pequenas fissuras (rachaduras superficiais), os maiores resultados foram encontrados nos ensaios realizados sobre a camada de cobertura com solo “B”, mais especificamente os ensaios C’1 e C’2.

Em relação ao fluxo de CO2, os resultados encontrados obedecem ao mesmo padrão que os verificados para o fluxo de CH4.

Nas Figuras 69 e 70 são apresentados os resultados dos ensaios que não continham fissuras para o fluxo de CH4 e CO2, respectivamente.

Figura 69 – Fluxos de CH4 nos ensaios que não continham fissuras em (g/m2_.dia).

Figura 70 – Fluxos de CO2 nos ensaios que não continham fissuras em (g/m2_.dia).

O ensaio ET6 apresentou o maior fluxo de CH4 dentre os pontos sem fissura, porém a condição da vegetação estava precária conforme já dito anteriormente.

Comparando os resultados encontrados nos ensaios das camadas convencionais nos pontos sem fissuras, temos que o ensaio C’3 apresentou o maior fluxo de CH4 (64,6 g/m2_.dia), sendo 7,9 vezes superior ao menor fluxo de CH4, representado pelo ensaio C1 (8,2 g/m2_.dia).

Para o fluxo de CO2, o ensaio C’3 apresentou o maior fluxo com um valor de 326,3 g/m2_{.dia. Este resultado é 11,3 vezes superior ao menor fluxo de CO2 encontrado no ensaio} C1, que foi de 29,0 g/m2_.dia.

Vale ressaltar que mesmo na inexistência de rachaduras ou fendas nas camadas de cobertura, os ensaios realizados apresentaram emissões de CH4 e CO2. Este fato pode ser explicado devido ao fato de que os solos empregados nas camadas de cobertura apresentaram alto teor de areia em sua composição, possuindo uma condutividade hidráulica em laboratório que foi de 4,84 x 10-6 _{m/sno solo “A” e 7,90 x 10}-6 _{m/s no solo “B”. Estes valores indicam} que os gases têm condições de migrar através dos vazios existentes nos solos. Observa-se ainda que o sistema de captação do biogás era passivo na área das células experimentais.

Conclui-se que a camada de cobertura convencional com solo “B” obteve o pior desempenho na minimização das emissões de biogás, visto que os resultados encontrados na presença ou ausência de fissuras foram superiores aos demais ensaios realizados nas outras coberturas.

Borba (2015) encontrou valores para as emissões de CH4 que variaram de 181,4 a 574,6 g/m2_{.dia para os ensaios realizados em fissuras, com emissão média de 329,6 g/m}2_.dia. Já para os ensaios realizados sem fissuras, as emissões de CH4 variaram de 0,1 a 59,5 g/m2_{.dia, com uma emissão média de 18,4 g/m}2_.dia.

Comparando somente os resultados dos fluxos de CH4 em pontos com fissuras obtidos nas camadas convencionais, observa-se que somente o ensaio C’2 (389,0 g/m2_{.dia) apresentou} resultado dentro da faixa encontrada por Borba (2015). Todos os demais ensaios apresentaram fluxo de CH4 abaixo de 100 g/m2_.dia.

Em relação aos pontos sem fissuras, o ensaio C’3 apresentou um valor de 64,6 g/m2_{.dia para o fluxo de CH4, estando compreendido na faixa de valores encontrada por} Borba (2015).

Em Dever et al. (2013) foram estudados 16 diferentes aterros na Austrália, e os resultados de emissões de gases pela camada de cobertura intermediária foram também

divididos em pontos contendo fissuras ou não contendo fissuras. A emissão média de CH4 foi de 1200,0 g/m2_{.dia para os pontos com fissuras e de 25 g/m}2_{.dia para os pontos sem fissuras.} Os resultados encontrados para os ensaios em pontos sem fissuras são similares aos obtidos na camada convencional com solo “A” no aterro sanitário de Seropédica, onde a emissão média foi aproximadamente de 27 g/m2_.dia.

A Tabela 24 apresenta a estatística descritiva das emissões de biogás obtidas nos pontos com e sem fissuras.

Tabela 24 – Estatística descritiva das emissões de biogás nos pontos com e sem fissuras. Integridade da camada de cobertura Gases Emissão mínima (g/m2_.dia) Emissão máxima (g/m2_.dia) Emissão média (g/m2_.dia) Com fissuras CH4 7,2 389,0 118,9 CO2 32,4 961,3 313,4 Sem fissuras CH4 5,0 68,9 32,2 CO2 29,0 326,3 110,3

Nos dias 13/11/2014 e 16/12/2014 foram realizados ensaios de placa de fluxo em cada uma dos 3 tipos de células experimentais e, os resultados encontrados para o fluxo de CH4 nesses ensaios são apresentados nas Figuras 71 e 72 respectivamente.

Figura 72 – Fluxo de CH4 nos ensaios realizados no dia 16/12/2014 em (g/m2_.dia).

Para um mesmo dia de investigação de campo onde as condições climáticas e operacionais presentes nos ensaios de campo são idênticos, temos que em ambos os dias, os ensaios realizados na camada de barreira capilar apresentaram valores elevados em relação aos demais. Uma possível justificativa para tais resultados é a profundidade da fissura presente nos pontos BC1 e BC2. Uma vez que a profundidade da fissura alcance a camada de areia da barreira capilar, a emissão fugitiva é facilitada em função da elevada permeabilidade ao ar deste tipo de granulometria. Conforme já dito, os ensaios BC1 e BC2 foram realizados em pontos com fissuras médias.

Apesar da similaridade dos resultados obtidos para o fluxo de CH4, temos que o ensaio C1 foi realizado em um ponto que não continha fissura e o ensaio C2 em um ponto com uma grande fissura. Independentemente da existência ou não de fissuras, os ensaios realizados na camada convencional com solo “A” apresentaram valores muito reduzidos. Mesmo tendo sido determinado um grau de compactação de 92% nesta célula, esses resultados com baixos valores encontrados para o fluxo de CH4 nesta camada devem ser considerados com cautela. Os valores obtidos estão muito abaixo das médias, tanto para os pontos com fissuras quanto para os sem fissuras (tabela 24) e abaixo das médias de Borba, 2015. Possivelmente estes resultados revelam uma especificidade da célula experimental em estudo, não representando a realidade das emissões de biogás normalmente encontradas neste sistema de cobertura.

Considerando este resultado pontual encontrado na célula experimental da camada convencional com solo “A”, as demais medidas de emissões indicam que a camada evapotranspirativa apresentou melhor desempenho na minimização da emissão do biogás para a atmosfera, mesmo considerando as condições adversas ao estabelecimento e manutenção da vegetação no campo.